在正常情况下，维生素D的代谢和血清钙磷浓度的变化有一系列的反馈调节，所以一般不会对人造成毒性。长期使用大剂量的维生素D会因血液中维生素D及其代谢物的过饱和而引起中毒。一般认为，维生素D的用量超过正常生理需要的50至100倍，如儿童每天服用500至125微克（20,000至50,000U）的维生素D，连续服用数周或数月后可出现中毒现象。不同的人对维生素D的耐受量和中毒量差异很大。
维生素D中毒的主要表现是高钙血症、异位钙化和纤维性骨炎。异位钙化可发生在各种器官，如主动脉、心脏、软组织，更严重的是发生在肾脏，导致肾衰竭，以及发生在骨髓，引起骨硬化。临床表现为厌食、恶心、呕吐、头痛、虚弱、体温过低、嗜睡、口渴、多尿，尿中糖、蛋白质、红细胞和肾小管阳性，以及尿钙。血钙>3mmol/L（12mg/dl）。X线检查长骨骨骺的临时钙化区密度增加和增宽，骨干皮质增厚，骨质疏松症或骨硬化症。
如果考虑维生素D过量，应立即停药并限制钙和维生素D的摄入。可采用口服泼尼松2mg/（kg-d），也可采用降钙素50-100U/d，肌肉注射或二磷酸盐和水化等方法，大多数儿童可恢复。
